导图社区 蛋白质的合成
- 101
- 1
- 0
- 举报
蛋白质的合成
大学生物化学第十五章的思维导图，主要内容有蛋白质合成体系、氨基酸与tRNA的连接、肽链的合成过程、蛋白质合成后的加工和靶向输送、蛋白质合成的干扰和抑制等。
编辑于2022-12-08 20:54:53 山西- 蛋白质的合成
- 相似推荐
- 大纲
蛋白质的合成
蛋白质合成体系
mRNA是蛋白质合成的模板
mRNA分子中核苷酸序列的翻译以3个相邻核苷酸为单位进行。
密码子
在mRNA的可读框区域，每3个相邻的核苷酸为一组，编码一种氨基酸或肽链合成的起始/终止信息，称为密码子，又称三联体密码
构成mRNA的4种核苷酸经排列组合可产生64个密码子，其中的61个编码20种在蛋白质合成中作为原料的氨基酸
起始密码子 AUG具有特殊性，不仅代表甲硫氨酸，如果位于mRNA的翻译起始部位，它还代表肽链合成的起始密码子
终止密码子 另有3个（UAA、UAG、UGA）不编码任何氨基酸，而是作为肽链合成的终止密码子
遗传密码重要特点
方向性 组成密码子的核苷酸在mRNA中的排列具有方向性。翻译时的阅读方向只能从5′至3′，即从mRNA的起始密码子AUG开始，按5‘→3’的方向逐一阅读，直至终止密码子
连续性 mRNA中密码子之间没有间隔核苷酸，即从起始密码子开始，密码子被连续阅读，直至终止密码子出现
简并性
为同一种氨基酸编码的各密码子称为简并性密码子，也称同义密码子
64个密码子中有61个编码氨基酸，而氨基酸只有20种，因此有的氨基酸可由多个密码子编码，这种现象称为简并性
摆动性
密码子通过与tRNA的反密码子配对而发挥翻译作用，但这种配对有时并不严格遵循 Watson-Crick碱基配对原则，出现摆动
密码子的摆动性能使一种tRNA识别mRNA中的多种简并性密码子
通用性 遗传密码具有通用性，即从低等生物如细菌到人类都使用着同一套遗传密码
tRNA是氨基酸的密码子之间的特异连接物
作为蛋白质合成原料的20种氨基酸，翻译时由其各自特定的tRNA负责转运至核糖体
一种氨基酸通常与多种tRNA特异结合（与密码子的简并性相适应），但一种tRNA只能转运一种特定的氨基酸
tRNA上有两个重要的功能部位
氨基酸结合部位 与氨基酸结合的部位是tRNA的氨基酸臂的-CCA末端的腺苷酸3’-OH
mRNA结合部位 与mRNA结合的部位是tRNA反密码环中的反密码子
核糖体是蛋白质合成的场所
合成肽链时mRNA与tRNA的相互识别、肽键形成、肽链延长等过程全部在核糖体上完成
原核生物和真核生物的核糖体上均存在重要的功能部位
A位结合氨酰-tRNA，称氨酰位
P位结合肽酰-tRNA，称肽酰位
E位释放已经卸载了氨基酸的tRNA，称排出位
蛋白质合成需要多种酶类和蛋白质因子
①起始因子（ IF），原核生物和真核生物的起始因子分别以IF和eIF表示；
②延长因子（ EF），原核生物与真核生物的延长因子分别以EF和eEF表示；
③终止因子，又称释放因子（ RF），原核生物与真核生物的释放因子分别以RF和eRF表示。
氨基酸与tRNA的连接
氨基酸的活化
氨基酸与特异tRNA结合形成氨酰-tRNA的过程（由氨酰-tRNA合成酶催化）
氨酰-tRNA合成酶识别特定氨基酸和tRNA
氨酰-tRNA合成酶决定氨基酸与tRNA连接准确性，对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性
催化反应的主要步骤
氨酰tRNA合成酶催化ATP分解为焦磷酸与AMP
AMP、酶、氨基酸三者结合为中间复合体（氨酰-AMP-酶）
氨基酸羧基与磷酸腺苷的磷酸以酐键相连而活化
活化氨基酸与tRNA3’-CCA末端腺苷酸的核糖2’或3’位游离羟基以酯键结合
形成相应的氨酰-tRNA
AMP以游离形式被释放
氨酰-tRNA合成酶还有校对活性
水解释放错误结合的氨基酸，换上正确的氨基酸，以改正错配
肽链合成的起始需要特殊的起始氨酰-tRNA
编码甲硫氨酸的密码子在原核生物和真核生物中同时又作为起始密码子
结合于起始密码子的属于专门的起始氨酰-tRNA
原核生物为fMet-tRNA fmet，甲硫氨酸被甲酰化，成为N-甲酰甲硫氨酸
真核生物为tRNAi met，与甲硫氨酸结合后，参与形成翻译起始复合物
肽链的合成过程
翻译起始复合物的装配启动肽链合成
翻译的起始是指mRNA、起始氨酰-tRNA分别与核糖体结合而形成翻译起始复合物的过程
（一）原核生物反应起始复合物的形成
1.核糖体大小亚基分离
完整核糖体在IF的帮助下，大、小亚基解离，为结合mRNA和fMet-tRNA做好准备
2.mRNA与核糖体小亚基结合
可准确识别起始密码子AUG，而不会结合内部AUG，从而正确地翻译出所编码蛋白质
3.fMet-tRNA结合在核糖体P位
fMet-tRNA与结合了GTP的IF2识别并结合对应于小亚基P位mRNA的AUG处
A位被IF1占据，不与任何氨酰-tRNA结合
4.翻译起始复合物形成
结合于IF2的GTP被水解，释的能量促使3种IF释放
大亚基与结合了 mRNA、 fMet-tRNA的小亚基结合形成翻译起始复合物
（二）真核生物翻译起始复合物的形成
1.43S前起始复合物的形成
多种起始因子与核糖体小亚基结合，形成43S前起始复合物
eIF1结合于E位
GTP-eIF2与起始氨酰-tRNA结合
eIF5和eIF5B
2.mRNA与核糖体小亚基结合
eIF4F复合物介导mRNA与43S前起始复合物的结合
3.核糖体大亚基的结合
mRNA与43S前起始复合物、eIF4F复合物结合，产生48S起始复合物
从mRNA5′-端向3’-端扫描起始并定位起始密码子
大亚基加入，起始因子释放，翻译起始复合物形成（需要eIF5和eIF5B参与）
在核糖体上重复进行的三步反应延长肽链
肽链延长过程
翻译起始复合物形成后，核糖体从mRNA的5′-端向3’-端移动，依据密码子顺序，从N-端开始向C-端合成多肽链
在核糖体上重复进行的进位、成肽和转位的循环过程，每循环1次，肽链上即可增加1个氨基酸残基
1.进位
指氨酰-tRNA按照mRNA模板指令进入核糖体A位的过程，又称注册
核糖体对氨酰-tRNA的进位有校正作用
正确氨酰-tRNA能迅速发生反密码子密码子互补配对进入A位
错误氨酰-tRNA因反密码子-密码子不能配对结合而从A位解离
2.成肽
指核糖体A位和P位上tRNA所携带氨基酸缩合成肽的过程
起始复合物中，P位上起始tRNA所携带的甲酰甲硫氨酸与A位上进位的氨酰tRNA的α-氨基缩合形成二肽
二肽酰-tRNA占据核糖体A位，卸载了氨基酸的tRNA仍在P位
成肽由肽酰转移酶催化，该酶化学本质是RNA（核酶）
原核生物为23S rRNA
真核生物为28S rRNA
3.转位
指成肽反应后，核糖体需要向mRNA3’-端移动一个密码子的距离，方可阅读下一个密码子的过程
核糖体转位需要延长因子EF-G（即转位酶），并需要GTP水解供能，转位的结果：
①P位上tRNA所携带氨基酸或肽在成肽后交给A位上氨基酸，P位上卸载的tRNA转位后进入E位，然后从核糖体脱落
②成肽后位于A位的肽酰tRNA移动到P位
③A位得以空出，且准确定位在mRNA下一个密码子，以接受下一个氨酰-tRNA进位
特点
真核生物需要eEF1α、eEF1βγ和eEF2这三类延长因子，功能分别对应原核生物的EF-Tu、EF-Ts和EF-G
在真核生物，一个新的氨酰-tRNA进入A位后会产生别构效应，致使空载tRNA从E位排出
在蛋白质合成过程中，每生成1个肽键，至少需要消耗4个高能磷酸键
终止密码子和释放因子导致肽链合成终止
肽链每增加一个氨基酸残基，就需经过一次进位、成肽、转位反应，直到核糖体A位与mRNA终止密码子对应
（1）释放因子RF
终止密码子不被任何氨酰-tRNA识别，只有释放因子RF能识别终止密码子而进入A位（需水解 GTP ）
原核生物有3种RF
RF1特异识别UAA或UAG
RF2特异识别UAA或UGA
RF3具 GTPase有活性，当新生肽链从核糖体释放后，促进RF1或RF2与核糖体分离
真核生物仅有一种释放因子eRF，3种终止密码子均可被其识别
（2）多聚核糖体
多个核糖体结合在1条mRNA链上所形成的聚合物称为多聚核糖体
使肽链合成高速度、高效率进行
（3）原核、真核转录翻译特点
原核生物 转录翻译过程紧密偶联，转录未完成时已有核糖体结合于mRNA分子的5’-端开始翻译
真核生物 转录发生在细胞核，翻译在细胞质，分隔进行
蛋白质合成后的加工和靶向输送
翻译后加工
新生肽链成为有活性的成熟蛋白质的过程
蛋白质靶向输送（蛋白质分拣）
蛋白质合成后在细胞内被定向输送到其发挥作用部位的过程
新生肽链折叠需要分子伴侣
分子伴侣
指导新生肽链按特定方式正确折叠的辅助性蛋白质
热激蛋白70（Hsp70）家族
因其分子量接近70kD而得名，高温刺激可诱导合成
人热激蛋白家族 可存在于细胞质、内质网腔、线粒体、胞核等部位，发挥多种细胞保护功能
伴侣蛋白
为非自发性折叠肽链提供正确折叠的微环境
大肠杆菌内伴侣系统 GroEL/GroES
真核细胞与 GroEL/GroES功能类似的伴侣蛋白是Hsp60
异构酶
也参与一些蛋白质正确空间构象的形成
蛋白质硫键异构酶（PDI）
帮助肽链内或肽链间二硫键的正确形成
肽脯氨酰基顺-反异构酶（PPI）
使肽链在各脯氨酸残基弯折处形成正确折叠
肽链水解加工产生具有活性的蛋白质或多肽
新生肽链的水解是肽链加工的重要形式
N-端的甲硫氨酸残基，离开核糖体后大部分由特异蛋白水解酶切除
有些多肽链经水解可以产生数种小分子活性肽
许多初合成时是分子量较大的没有活性的前体分子（胰岛素、胰蛋白酶原等），经过水解作用切除部分肽段，才能成为有活性的蛋白质分子或功能肽
氨基酸残基的化学修饰改变蛋白质的活性
某些氨基酸残基的侧链基团发生化学修饰，显著增加了肽链中氨基酸种类
功能
改变蛋白质的溶解度、稳定性、亚细胞定位以及与细胞中其他蛋白质的相互作用等，使蛋白质的功能具有多样性
体内常见化学修饰
修饰均为酶促反应（蛋白激酶、糖基转移酶、羟化酶、甲基转移酶等）
亚基聚合形成具有四级结构的活性蛋白质
有些肽链需与辅基聚合才能形成具有活性的蛋白质
亚基相互聚合时信息蕴藏在氨基酸序列中，聚合过程往往有一定顺序，前一步骤聚合往往促进后一步骤进行
蛋白质合成后被靶向输送至细胞特定部位
蛋白质合成后，还必须被靶向输送至其发挥功能的亚细胞区域，或分泌到细胞外
所有需靶向输送的蛋白质，其一级结构都存在分拣信号，可引导蛋白质转移到细胞的特定部位
分拣信号（信号序列）是决定蛋白质靶向输送特性的最重要结构
（一）分泌蛋白质在内质网加工及靶向输送
细胞内分泌蛋白质的合成与靶向输送同时发生
其N-端存在由数十个氨基酸残基组成的信号序列（即信号肽）其共同特点是:
①N-端含一个或多个碱性氨基酸残基
②中段含10～15个疏水性氨基酸残基
③C-端由一些极性较大、侧链较短的氨基酸残基组成，与信号肽裂解位点邻近
分泌蛋白质的合成及转运机制
①在游离核糖体上，信号肽因位于肽链N-端而首先被合成，随后被信号识别颗粒（SRP）识别并结合，SRP随即结合到核糖体上
②内质网膜上有SRP受体（SRP对接蛋白），SRP-核糖体复合物被引导至内质网膜上
③内质网膜上，肽转位复合物形成跨内质网膜的蛋白质通道，合成中的肽链穿过内质网膜孔进入内质网
④SRP脱离信号肽和核糖体，肽链继续延长直至完成
⑤信号肽在内质网内被信号肽酶切除
⑥肽链在内质网中折叠形成最终构象
（二）内质网蛋白质的C-端含有滞留信号序列
内质网中含多种帮助新生肽链折叠成天然构型的蛋白质，与分泌蛋白质一样
（三）大部分线粒体蛋白质在细胞质合成后靶向输入线粒体
绝大部分线粒体蛋白质由细胞核基因组基因编码
定位于线粒体基质的蛋白质靶向输送过程
①新合成的线粒体蛋白质与热激蛋白或线粒体输入刺激因子结合，以稳定的未折叠形式转运至线粒体外膜
②通过前导肽序列识别，与线粒体外膜的受体复合物结合
③在热激蛋白水解ATP和跨内膜电化学梯度的动力共同作用下
④蛋白质前体被蛋白酶切除前导肽序列，在分子伴侣作用下折叠成有功能构象的蛋白质
输送到线粒体内膜和膜间隙的蛋白质多一段信号序列
作用是引导蛋白质从基质输送到线粒体内膜或穿过内膜进入膜间隙
（四）质膜蛋白质由囊泡靶向输送至细胞膜
靶向跨膜机制与分泌蛋白质不同点
肽链不完全进入内质网腔，锚定在内质网膜上，通过内质网膜“出芽”方式形成囊泡
跨膜蛋白质随囊泡转移至高尔基复合体进行加工，再随囊泡转运至细胞膜，最终与细胞膜融合而构成新的质膜
不同类型的跨膜蛋白质以不同形式锚定于膜上
（五）核蛋白质由核输入因子运载经核孔入核
靶向输送需要特异的核定位序列（NLS）引导
蛋白质合成的干扰和抑制
许多抗生素通过抑制蛋白质合成发挥作用
（一）抑制肽链合成起始的抗生素
伊短菌素、密旋霉素
（二）抑制肽链延长的抗生素
1.干扰进位的抗生素
四环素特异性结合30S亚基的A位
粉霉素可降低EF-Tu的GTP酶活性
黄色霉素可阻止EF-Tu从核糖体释出
2.引起读码错误的抗生素
氨基糖苷类抗生素能与30S亚基结合，影响翻译的准确性
3.影响成肽的抗生素
4.影响转位的抗生素
夫西地酸、硫链菌肽、微球菌素抑制EF-G的转位酶活性，从而阻止核糖体转位
大观霉素结合核糖体30S亚基，阻碍小亚基变构，抑制转位反应
某些毒素抑制真核生物的蛋白质合成
白喉毒素
作为一种修饰酶，使eEF2发生ADP-核糖基化修饰
蓖麻毒蛋白
A链是一种蛋白酶，作用于真核生物核糖体大亚基的28S rRNA，特意催化其中一个腺苷酸发生脱嘌呤反应
导致28S rRNA降解而使核糖体大亚基失活
B链对A链发挥毒性起重要的促进作用
B链上的半乳糖结合位点也是蓖麻毒蛋白发挥烟酰胺毒性作用的活性部位
主题